Efekty dopasowania impedancji między 50 a 75 Ohm kabli koncentrycznych dla 10 Mbit / s, sygnały kodowane przez Manchester (20 MHz)

TL, DR:

To całkiem sporo tekstu, ponieważ dołączyłem wiele informacji w tle. Jednak w końcu pojawi się dobre i precyzyjne pytanie: czy powinienem używać sieci dopasowującej impedancję, podłączając kable o różnej impedancji, takie jak 50 Ω i 75 Ω? Możliwe odpowiedzi najprawdopodobniej zaczną się od „To zależy ...” i dlatego najpierw podaję mnóstwo informacji w tle.

Wprowadzenie

Chciałem pozbyć się kabla Ethernet zrzuconego wzdłuż schodów mojego domu. Istniejący, zapasowy kabel koncentryczny, który pierwotnie zainstalowałem dla telewizji satelitarnej, wydawał się obiecujący jako alternatywa, czysto schowany w ścianach. Właśnie wtedy, gdy miałem kupić odpowiednie małe pudełka na kabel koncentryczny w stylu ethernet-przez-antenę (75 Ω, zdolny do czegoś w rodzaju 270 Mbit / s), przypomniałem sobie10base2 - stary, dobry, koncentryczny system Ethernet BNC / RG58, i zdecydował, że jego 10 Mbit / s to więcej niż wystarczające na moje potrzeby. Rynek wtórny koncentratorów ze złączem BNC, a nawet fantazyjnych „konwerterów Ethernet” (od koncentrycznego do skrętki) jest nadal bardzo dobry. Jedyne, czego nie byłem pewien, to kwestia impedancji. 10base2 wykorzystuje instalację 50 Ω z kablem RG58, a prawie każdy kabel koncentryczny do domowych systemów antenowych (jak mój zapasowy kabel do telewizji satelitarnej) ma impedancję 75 Ω.

Z przyjemnością informuję, że 10base2 jest wystarczająco solidny, aby poradzić sobie z nadużyciami polegającymi na przejechaniu przez 10 ... 20 m niewłaściwej koncentrycznej 75 Ω. Naprawiłem to! Tak!

Jednak, ...

Nadal byłem ciekawy, czy włożony przeze mnie hack był naprawdę zły (jak w: ledwie wystarczająco dobry), a może nawet całkiem akceptowalny. Spojrzałem na sygnał za pomocą oscyloskopu. Konfiguracja wygląda następująco:

Bez dopasowania segmentów 50 Ω i 75 Ω koncentrycznego wynik pokazuje bardzo oczywistą ilość odbitego szumu. Pomimo tej wady „oko” jest nadal szeroko otwarte, a dekodery mogą z radością wykonywać swoją pracę, powodując utratę pakietu dokładnie zero. Patrzymy na kombinację sygnałów przesyłanych i odbieranych przez koncentrator Ethernet w pobliżu oscyloskopu. Sądząc po części „czystej”, transmitowany sygnał ma ok. 1,9 V _pkpk , a odbierany sygnał ma 1,6 V _pkpk . Jeśli można bezpiecznie założyć, że oba głośniki mają wyjście o tej samej amplitudzie, możemy nawet obliczyć stratę wprowadzoną przez kabel: 20 × log (1,6 / 1,9) dB = 1,5 dB. Wystarczająco dobre, ponieważ obliczenia dla 15 m typowego kabla koncentrycznego o wartości 6,6 dB / 100 m dają 1 dB.

Szum jest znacznie zmniejszony, gdy dopasowana sieć zostanie wstawiona na bliskich lub odległych końcach części 75 Ω koncentrycznego. Wygląda to tak (Kredyty dla tego źródła ) ...

Przy pasującej sieci na końcu ... ... wciąż widać pewne odbicia wracające z niezrównanego końca.

Przy pasującej sieci na drugim końcu muszą również znajdować się odbicia wzdłuż stosunkowo krótkiego kabla 50 Ω między hubem a nieciągłością oznaczoną „blisko”, ale jak dowiedziałem się od przyjaciela, zakres nie może „zobaczyć” je, ponieważ są pochłaniane przez kierowcę. Ponadto część sygnału ze „dalekiego” sterownika jest odbijana i przemieszcza się z powrotem wzdłuż kabla 75 Ω, a na końcu zostaje zakańczona do pasującej sieci:

W porównaniu z niezrównaną konfiguracją amplituda sygnału z odległego końca jest w przybliżeniu o połowę (-6 dB), co jest zgodne z teorią, która przewiduje utratę 5,6 dB w sieci i impedancję, którą „wygląda” w.

Wszystkie powyższe działają, tzn. Brak pasującej sieci lub jednej pasującej sieci na bliskim lub dalekim końcu. „Praca” oznacza, że ​​mogę ping -fprzepracować ten segment godzinami bez utraty jednego pakietu.

Dlaczego więc nie użyć dwóch pasujących sieci na „blisko” i „daleko”? Cóż, 10base2 jest zaprojektowany dla maksymalnej długości 185 m RG58, ze stratą 6,6 dB / 100 m lub 12,2 dB / 185 m. Dlatego dwie z moich rezystancyjnych sieci dopasowujących zjadłyby już prawie cały sygnał i zbliżyłyby mnie tak blisko dozwolonego limitu, że łącznie z kablem w ogóle było zbyt wiele strat. Nadal mam wątpliwości, czy rozwiązanie oparte na transformatorze o niskich stratach zadziałałoby, ponieważ uważam, że 10base2 („Cheapernet”) potrzebuje ścieżki prądu stałego: „POZIOM DC: Składowa prądu stałego sygnału musi wynosić od 37 mA do 45 mA Tolerancja jest niewielka, ponieważ kolizje są wykrywane przez monitorowanie średniego poziomu prądu stałego na koncentrycznym. ” ( Źródło: s. 4 ; również poparte tym arkuszem danych) Potem znowu; rezystancyjna sieć dopasowująca sprawi również kłopoty z napięciem stałym ...

W sumie,

... jeszcze raz krótkie pytanie: czy powinienem używać sieci dopasowującej impedancję podczas podłączania kabli o różnych impedancjach, takich jak 50 Ω i 75 Ω?

Doceniane jest wszystko pomiędzy „Wolę niedopasowaną / dopasowaną konfigurację, ponieważ podoba mi się ten / ten oscylogram lepiej” niż odpowiedzi z dużą ilością informacji w tle na temat RF lub sprzętem niskiego poziomu 10base2.

Edytować

Jeśli masz dostęp do wnętrza interfejsu koncentrycznego nadajnika-odbiornika (CTI), możesz zmodyfikować obwód między układem ( 8392 wydaje się być typem wykonanym przez wielu różnych producentów, a także typem używanym prawie wyłącznie dla prawie każdego interfejs stworzony przez kogokolwiek dla adapterów 10base2) i złącze BNC. Kompromis dla kabli o 75 Ω i 93 Ω jest możliwy kosztem dopuszczalnej długości magistrali. National Semiconductor sporządził notatkę aplikacyjną na ten temat, nazwaną AN-620 (pdf, wrzesień 1992).

Ale nawet po znalezieniu tej notatki z aplikacji byłoby wspaniale znaleźć podstawowe informacje na temat tego, co znajduje się w 8392, tj. Czego trzeba użyć, aby zbudować interfejs przy użyciu dyskretnych części i być może logiki kleju i opamps.

Współczynnik odbicia spowodowany niedopasowaniem impedancji wynosi:

$\dfrac{R-Z_o}{R+Zo}$

Gdzie Zo jest impedancją kabla, a R jest opornością źródła lub obciążenia.

A dla konfiguracji 50/75 omów wyniesie -0,2. Zatem sygnał, który odłożysz na kabel (powiedzmy) 3Vp-p, wytworzy odbicie 0,6Vp-p. Czy to za dużo? To nie jest świetne, ale z pewnością nie jest straszne.

Doświadczenie ¹ wykazało, że sieć dopasowania rezystancyjnego jest dobrą opcją dla sieci Ethernet 10 base 2 tylko na pierwszy rzut oka. Pomaga poprawić sytuację, jeśli chodzi o jakość sygnału RF, ale przeoczyłem problemy związane ze sposobem, w jaki 10 podstawowa 2 obsługuje wykrywanie kolizji, które są efektami niskiej częstotliwości i można je zrozumieć przez proste rozważania dotyczące prądu stałego.

Połączenie będzie działać najlepiej bez sieci rezystancyjnej dopasowującej impedancję między zakończeniami 50 Ω i segmentem kabla 75 Ω.

Odbicia sygnału i przeregulowania spowodowane niedopasowaniem nie będą zbytnio przeszkadzać nadbiornikom, ale wykrywanie kolizji patrzy na średni (filtrowany) prąd w kablu, a przy rezystancyjnej sieci dopasowującej poziom prądu czasami przekracza określone limity. Wszystko sprowadza się do rozważenia prądów prądu stałego wytwarzanych przez napięcia nadajników spadające na 50 Ω zakończeniach kabla (I = U / R). Dodanie sieci rezystancyjnej stworzy równoległą ścieżkę do zakończeń i zwiększy prąd stały. Może to czasami zepsuć się z wykryciem kolizji. Z mojego doświadczenia wynika, że ​​dzieje się to głównie w gorące letnie dni przy wysokim poziomie wilgotności, prawdopodobnie z powodu zwiększonego upływu prądu stałego wzdłuż dielektryka w koncentrycznym.

TL, DR: 10 podstawa 2 z łatwością poradzi sobie z nadużyciami związanymi z wysyłaniem przez koncentryczny przewód antenowy 75 Ω. Przeregulowania, odbicia i wszelkie inne skutki uboczne części RF sygnału nie stanowią problemu. Jednak wykrywanie kolizji analizuje prądy o niskiej częstotliwości i potrzebuje dokładnie dwóch rezystorów terminujących 50 Ω na każdym końcu koncentrycznego. Dodanie rezystorów zmieni rezystancję prądu stałego (50 Ω) / 2 = 25 Ω i spowoduje, że obwody wykrywania kolizji będą działać niezawodnie.

Po przeczytaniu w Internecie ^TM i po rozmowach z kilkoma dość doświadczonymi ekspertami ze starej sieci LAN wykazali, że jest to bardzo powszechne nieporozumienie. Dlatego wybacz pogrubioną czcionkę powyżej. Błędne przekonanie dotyczy nawet wikipedii , jak pokazuje to powiązane pytanie .

Notatka:

¹ Patrząc na datę pierwotnego pytania, zauważyłem, że system z rezystywną siecią dopasowującą i bez niej jest używany od ponad dwóch lat. Miałem problemy w niektóre upalne dni latem 2015 roku. Następnie usunąłem sieć dopasowywania rezystancyjnego i od tego czasu nie miałem żadnych problemów.